Przyczyną fotooddychania jest podwójna funkcja katalityczna RuBisCO. Enzym ten może funkcjonować zarówno jako karboksylaza I oksygenaza. Dwa substraty C02 i 02 konkurują ze sobą o miejsce aktywne na enzymie. Powinowactwo RuBisCO do C02 jest 80 razy wyższe niż do Oz. Jednak w powietrzu stężenie tlenu wielokrotnie przewyższa stężenie dwutlenku węgla. Stąd w powietrzu karboksylacja tylko 3-krotnie przeważa nad oksygenacją. Podczas intensywnej fotosyntezy stężenie C02 w tkankach dodatkowo znacznie się obniża, natomiast wzrasta stężenie 02 oraz temperatura. W tych warunkach nasila się fotorespiracja: przyłączenie tlenu do RuBP.